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天文学家发现:遥远阋神星是冥王星孪生子

天文学家首次精确测量了遥远的矮行星阋(音"系")神星(Eris)的直径,方法就是观测它在一颗暗恒星前通过(掩星)。该事件发生在2010年末,参与观测的包括智利拉西亚天文台的比利时TRAPPIST望远镜。观测显示,Eris几乎就是冥王星的双胞胎;而且看来Eris的反射率极高,推测它的表面完整覆盖着薄冰,或者是冻结的大气。研究结果将刊登在2011.10.27出版的《自然》杂志上。  
阋神星的艺术想象图
2010.10,遥远的矮行星阋神星从一颗暗的背景恒星前通过,这称为掩星。这种事件很罕见,而且很难观测,因为矮行星又小又远。就Eris而言,下一次掩星事件要等到2013年。掩星提供了极精确地、也常常是唯一的测量遥远太阳系天体大小的方法。
掩星的候选恒星是通过研究欧洲南方天文台(ESO)和马克斯-普朗克科学促进协会(MPG)合作的2.2米望远镜拍摄的天区图像确定的,该望远镜安装在ESO的拉西亚天文台。观测经仔细规划,由一个国际天文学家团队执行。除少数人外,团队成员主要来自法国、比利时、西班牙和巴西,他们将操作也在拉西亚天文台的凌星行星和星子小型望远镜(TRAPPIST)。
报告首席作者Bruno Sicardy解释道:“观测海王星外太阳系小天体的掩星,需要极高的精度和非常仔细的计划。除了去阋神星实地测量外,这是测定其大小的最佳方法。”
对阋神星掩星的观测示意图
对掩星的观测尝试将在全球26个地方进行,它们都在矮行星的预测阴影区域——包括某些业余观测点的望远镜,但只有2个地方(有专业天文台)可以直接观测到整个事件,它们都在智利:一个是ESO的拉西亚天文台,将使用TRAPPIST望远镜;另一个在阿塔卡玛沙漠的圣佩德罗,使用两台望远镜。当阋神星遮住遥远的恒星时,所有三台望远镜都记录到星光的突然消失。
结合两个智利观测点的结果表明,阋神星几乎是球形的。观测数据能够精确地测量它的形状和大小,并显示它表面不存在大型山脉所导致的崎岖。这种表面特征与同等大小的冰天体不太相同。
2005年,天文学家确定阋神星是外太阳系的大型天体。它的发现是导致行星重新分类的因素之一,2006年,太阳系增加了一类新天体——矮行星,冥王星也从此由大行星降级为矮行星。当前,阋神星离太阳距离为冥王星的3倍。
哈勃拍摄的阋神星和其卫星,哈勃测量其直径为2384±96千米
根据早期观测,估算阋神星的直径约为3000千米,比冥王星大了25%;而新观测显示,两者的大小非常接近。新数据为直径2326千米,误差±12千米。而当前对冥王星的估测为2300~2400千米,这样两者更像是正副本关系。由于冥王星存在大气,使得它的直径难以通过掩星方法精确测量。阋卫一(Dysnomia)的运动可以估算阋神星的质量,结果是比冥王星重了约27%。从上两个数据,可以算出它的密度约为2.52克/立方厘米。
促成研究的Emmanuel Jehin说明道:“这个密度意味着阋神星是大型岩质天体,覆盖着比较薄的冰外壳。”
阋神星的表面反射率极高,可见光波段高达96%(注7),比地球上的新雪还高,使其成为太阳系反射率最高的天体,甚至超过了土星的冰卫星土卫二(Enceladus)。明亮的表面可能是富含氮(N)的固态“冰”混合了冰冻甲烷(CH4)组成。根据光谱观测,覆盖阋神星表面的超高反射率“冰”层极薄,不到1毫米厚。
Jehin补充说:“这层‘冰’是矮行星表面的氮和甲烷大气冷凝在其表面形成的。阋神星的轨道偏心率很大,而它现在正远离太阳,处于极寒环境中。当其回归到近日点附近时,冰会重新变成气体。”(Eris的近日点约为57亿千米,或37.8天文单位,比冥王星更近)
阋神星周围空间的艺术想象图
团队通过这次观测,还重新测量了Eris的表面温度。估算结果是:矮行星的向阳面不高于 -238℃,而黑夜那面会更低。
Bruno Sicardy 总结道:“我们通过小型望远镜对Eris掩星的观测,发现了这颗遥远小天体如此多的信息,真是了得哇!在建立矮行星分类5年后,我们终于真正地开始了解其中的一个成员了。”

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